《土力学与地基基础教学课件作者梁利生第７章 桩基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土力学与地基基础教学课件作者梁利生第７章 桩基础（83页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第7章 桩基础,7.1 概述 7.2 桩的竖向承载力 7.3 桩基础的设计,7.1 概述,确定建筑物地基基础方案时，从安全、合理、经济角度出发，应优先选择天然地基浅基础。当地基浅层土质软弱，选择天然地基浅基础不满足地基强度及变形要求时；或采用人工加固处理地基不经济时；或为高层建筑基础、重型设备基础时；可采用地基基础方案中的天然地基深基础方案。桩基础就是天然地基深基础方案之一。 桩基础是深基础。桩基础通常是由桩和承台组成，在承台上面是上部结构(图7.1)。从图中可见：桩本身像置于土中的柱子一样，而承台则类似钢筋混凝土扩展式浅基础一样。但桩和承台的设计及计算，不同于柱及钢筋混凝土扩展式浅基础。,下
2、一页,返回,7.1 概述,7.1.1 桩基础的特点与适用性 对比浅基础，桩基础具有以下优点：承载力高，稳定性好，沉降量小且均匀，能承受一定的水平荷载，又有一定的抗震能力，适用性强。 但桩基础也存在以下缺点：造价一般较高，施工较复杂；桩基础施工时有振动及噪声，影响环境；桩基础工作机理比较复杂，其设计计算方法相对还不完善；等等。 当天然地基浅基础方案不能满足要求的前提下，常常选用桩基础方案。下列情况适于选用桩基础： (1)当地基上部土质软弱或地基土质不均匀，或上部结构荷载分布不均匀，而在桩端可达到深度处埋藏有坚实土层时。,上一页,下一页,返回,7.1 概述,(2)高层建筑，高耸建筑物，重型厂房，重
3、要的、有纪念性的大型建筑，对基础沉降与不均匀沉降有较严格的限制时。 (3)地基上部存在不良土层，如湿陷性土、膨胀性土、季节性冻土等，而不良土层下部有较好的土层时，可采用桩基础穿过不良土层，将荷载传递到好土层中。 (4)建筑物除了承受垂直荷载外，还有较大的偏心荷载、水平荷载或动力及周期性荷载作用时。 (5)地下水位高，采用其他基础形式施工困难，或位于水中的构筑物基础适宜选用桩基础。 (6)地震区域建筑物，浅基础不能满足结构稳定要求时。,上一页,下一页,返回,7.1 概述,7.1.2 桩基础和桩的分类 1.桩基础的分类 桩基础按桩的数量，可分为单桩基础、群桩基础；按承台与地面相对位置，分为低承台桩
4、基和高承台桩基。 (1)单桩基础、群桩基础。 (2)低承台桩基、高承台桩基。 2.桩型的分类 桩型的合理选择是桩基设计中极为重要的环节，需要综合考虑所承受荷载的性质和大小，地基土的条件以及地下水位等因素。桩型可以按不同的方法来分类。,上一页,下一页,返回,7.1 概述,(1)按桩的使用功能分类。按桩的使用功能，可分为竖向抗压桩(抗压桩)、竖向抗拔桩(抗拔桩)、水平受荷桩(主要承受水平荷载)和复合受荷桩(竖向、水平荷载均较大)。 竖向抗压桩为主要承受压力荷载的桩，它通过桩与土的接触面将轴向力传给桩周土体，根据土体提供给桩侧表面的摩阻力与桩端的端阻力来承载。 竖向抗压桩为主要承受压力荷载的桩，它通
5、过桩与土的接触面将轴向力传给桩周土体，根据土体提供给桩侧表面的摩阻力与桩端的端阻力来承载。 水平受荷桩为主要承受水平荷载的桩，如在桩顶或地面以上主要承受地震作用、风力及波浪力等水平荷载的桩和用于基坑围护体系的围护桩和抗滑桩。,上一页,下一页,返回,7.1 概述,复合受荷桩为承受竖向、水平荷载均较大的桩，应按竖向抗压或抗拔桩及水平受荷桩的要求进行验算。 (2)按桩的性状和竖向受力情况分类。按桩的性状和竖向受力情况，分为端承型桩和摩擦型桩，如图7.2所示。 端承型桩桩身穿越整个软弱土层，由不可压缩的土层支承，通常是岩床。嵌岩桩就属于端承型桩。端承型桩在竖向荷载作用下，桩身纵向的压缩变形很小或可以忽
6、略不计，桩沿垂直方向移动也很小，因此桩身和土之间摩阻力很小或可忽略。可以认为，桩顶竖向荷载全部或主要由桩端阻力承受。,上一页,下一页,返回,7.1 概述,在荷载作用下桩的承载力可用下式表示： 根据桩侧与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比例，端承型桩又可细分为端承桩和摩擦端承桩，桩侧阻力很小时，称为端承桩；摩擦型桩又可分为摩擦桩和端承摩擦桩，桩端阻力很小时，称为摩擦桩。 (3)按桩身材料分类。按桩身材料，可分为钢桩、混凝土桩、木桩和组合材料桩。我国国家标准建筑地基基础设计规范中规定，当单桩竖向荷载设计值犙确定后，桩身强度应符合式(7-2)的要求,上一页,下一页,返回,7.1 概述,钢桩。钢桩通常为管
7、桩或轧制的型钢桩，槽钢和工字钢也可用作钢桩。但热轧宽翼缘型钢更适用些，因为其腹板和翼缘等厚且长度相近，而槽钢和工字钢的腹板比翼缘薄且长，如图7.3所示。 钢管桩可开口或闭口打入。当桩很难打入时，如遇到密实的砂砾、页岩和软岩时，钢管桩可以焊上圆锥形桩端或桩靴。大多数情况下，钢管桩在打入后用混凝土填实，形成组合材料桩。 混凝土桩。混凝土桩可分为素混凝土桩、钢筋混凝土桩和预应力钢筋混凝土桩。 素混凝土桩由于受混凝土抗拉强度低的影响，一般只用在桩纯粹承压条件下，不适于荷载条件复杂多变的情况，因而它的应用已很少。,上一页,下一页,返回,7.1 概述,钢筋混凝土桩的配筋率较低(一般为0.3%1.0%)，取
8、材方便，价格便宜，耐久性好。桩基工程绝大部分采用钢筋混凝土桩。 预应力钢筋混凝土桩通常预制而成，桩体在抗弯、抗拉及抗裂等方面比钢筋混凝土桩更强，特别适用于受冲击和振动荷载情况。 另外，混凝土桩还可以按施工方法，分为预制桩和灌注桩两种基本类型。 预制桩。预制桩是桩体在施工现场或工厂先预制好，然后运至工地，用各种沉桩方法埋入地层中而成。各桩横截面如图7.4所示。 目前工厂预制的桩限于运输和起吊能力，一般不超过135，现场制作的长度可大些，但限于桩架高度，一般在2030，桩长度不够时，需要在沉桩过程中接长。,上一页,下一页,返回,7.1 概述,预制桩桩身质量易于保证和控制，承载力高，能根据需要制成多
9、种尺寸和形状；桩身混凝土密实，抗腐蚀能力强；桩身制作方便，成桩速度快，适合大面积施工；沉桩过程中的挤土效应，可使松散土层的承载能力提高。 灌注桩。现场灌注桩是先在地基土中钻孔或挖孔，然后下放钢筋笼和填充混凝土而成，如图7.5所示。灌注桩的材料除钢筋混凝土和素混凝土外，还有砂、碎石、石灰、水泥和粉煤灰等，这些材料与桩周土构成复合地基，丰富了地基处理的措施。 对钢套管混凝土灌注桩和钢筋混凝土桩，应考虑钢材和钢筋的抗压强度。式(7.2)改写为,上一页,下一页,返回,7.1 概述,当持力层承载力较低时，可采用扩底桩。例如钻挖成扩底锥孔后再灌注混凝土。其他形成扩底桩的方法有：用内夯管夯击孔底刚浇筑的混凝
10、土，以便形成扩大的混凝土球状物，这样的扩底桩又称为夯扩桩；在孔底进行可控制的爆破形成爆扩桩，如图7.6所示。 桩墩是通过在地基中成孔后灌注混凝土形成大口径断面柱形深基础，即以单个桩墩代替群桩及承台。桩墩基础底部可支承于基岩之上，也可嵌入基岩或较坚硬的土层中。当桩墩受力很大时，也可用钢套筒或钢核桩墩，如图7.7所示。,上一页,下一页,返回,7.1 概述,木桩。木桩用树干制成，大多数木桩的最大长度为1020，桩端直径不应小于150。木桩的承载力一般限制在220270。作为桩的木材应该是直的、完好的。木桩一般用于临时工程，但当整个桩处于水位以下时，可以作为结构的永久基础。 木桩不能承受很大的打击力，
11、因此，在桩端可以套上钢靴、在桩顶套上金属箍，以防破坏，木桩应尽量避免接头，特别是当承受拉伸荷载或水平荷载时。但如果必须接头时，可以用金属管套或铆钉和螺栓连接。管套的长度至少为木桩直径的5倍。 木材的强度表现出明显的各向异性，例如顺纹方向的强度比横纹方向大得多。此外，木材的强度与含水量和本身的缺陷有关。我国常见树种用于桩、柱时的强度设计值范围见表7.1。 组合材料桩。组合材料桩指一根桩由两种或两种以上材料组成的桩。,上一页,下一页,返回,7.1 概述,(4)按成桩方法分类。按成桩方法，可分为挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩。 挤土桩是在成桩过程中大量排挤土，使桩周土受到严重扰动，土的工程性质有很大改
12、变的桩。 部分挤土桩在成桩过程中，引起部分挤土效应，使桩周土受到一定程度的扰动。这类桩主要有打入或压入型钢桩、开口管桩，预钻孔植桩及长螺旋钻孔、冲孔灌注桩等。 非挤土桩采用钻孔、挖孔等方式，将与桩体积相同的土体排出，对周围土体基本没有扰动，但废泥浆、弃土等可能会对环境造成影响。 (5)按桩径分类。按桩径可分为小直径桩、中等直径桩和大直径桩。,上一页,返回,7.2 桩的竖向承载力,7.2.1 竖向荷载下单桩的工作性能 按端承型桩和摩擦型桩分别说明桩顶竖向荷载Q到土的传递机理。在端承型桩的情况下，忽略桩周土的摩阻力，从式(7.1)可知，沿整个桩长所有截面的轴向荷载为常量，就等于桩顶荷载。摩擦型桩，
13、桩到土的荷载传递机理较为复杂。单桩的轴向荷载传递如图7.8所示，以长为l的桩为例来说明其机理。 摩阻力： 摩阻力沿深度变化的规律，如图7.8()所示。,下一页,返回,7.2 桩的竖向承载力,限荷载作用下，桩端处土的破坏面如图7.9所示。桩基础为深基础，且土的破坏大部分为冲剪破坏，在桩端处形成三角形区域区，导致桩端下沉而没有明显的滑动面。在密砂和硬黏土中，可能部分形成径向剪切区区。 一般情况下，如在土层中的桩顶受到竖向压力作用，桩侧摩阻力或桩身单位面积摩阻力f向上作用于桩上，起到承受桩顶荷载的作用，可称为正摩阻力。如果在某些情况下，不仅是桩，桩周围的土也受到荷载作用，而且土的沉降可能会大于桩的沉
14、降，即土相对桩向下移动，土对桩的摩阻力也向下，这种情况下的摩阻力被称为负摩阻力。以下几种条件可能产生负摩阻力。,上一页,下一页,返回,7.2 桩的竖向承载力,(1)桩边大面积堆载，致使桩周土压密。 (2)桩穿越松散新填土等欠固结土，土层产生自重固结下沉。 (3)荷载中的动力作用引起的土固结(如松砂、触变性土等)。 (4)地下水位的下降会导致任意深度土层的竖向有效应力的增大，黏土层会产生固结沉降。 (5)在黄土、冻土层中打桩，因黄土湿陷、冻土融陷而产生地面下沉。 (6)桩数多而密集时，打桩使相邻已设置的桩抬升。 在估计桩的负摩阻力和承载力时，分别计算桩和桩周围分层土的沉降，如图7.10中所示的线
15、1和2。在两线的交点桩和土的沉降相等，即相对位移为零，该点称为中性点。,上一页,下一页,返回,7.2 桩的竖向承载力,负摩阻力的计算方法如下： 故作用在桩上总的下拉力为： 工程上可采取适当措施来消除或减小负摩阻力。例如，对填土建筑场地，回填时要保证土层的密实度符合要求，尽量在填土沉降稳定后成桩；对湿陷性黄土地基，先进行强夯，或采用素土或灰土挤密桩等方法处理，消除或减轻湿陷性。,上一页,下一页,返回,7.2 桩的竖向承载力,7.2.2 单桩竖向承载力 单桩的承载力包括竖向承载力和水平承载力，其中竖向承载力一般指承受向下作用荷载的能力，此外，还有承受向上作用荷载的能力，即抗拔承载力。确定竖向承载力
16、的方法有很多，有理论分析与计算、现场原位测试、动力分析和规范经验公式法等。主要分两大方面，一是按照桩身材料强度确定，防止桩身被压坏或拉坏等；二是按地基对桩体的支承能力来确定，防止地基承载力不足导致不宜继续承载或桩体位移过大。,上一页,下一页,返回,7.2 桩的竖向承载力,1.单桩竖向承载力的分析与计算 (1)极限桩端阻力 极限桩端阻力可以表示为： 在匀质土层中 就等于实际的灌入深度l， 大于临界值。在实际大多数情况， 值均大于临界值。故所有桩的 计算中都采用 。 随摩擦角的变化而变化，如图7-11所示。 杨布提出的极限桩端阻力公式和式(7-9)相同，但承载力系数 的计算基于桩端处土的破坏面，如图7.12所示。承载力系数可以用以下公式计算：,上一页,下一页,返回,7.2 桩的竖向承载力,(2)极限桩侧阻力 。极限桩侧阻力 可表示为： 砂土的单位面积摩阻力为： 黏土的单位面积摩阻力。目前有几种方法来获得黏土中的摩阻力。 法。此
